（一）操作系统-概述

Published: at 18:13:33

操作系统的组成

计算机系统由硬件和软件两部分组成

层次结构关系

软硬件及软件各部分之间，是一种层次结构的关系，硬件与软件是互相依赖、互相促进的。

1

层次结构说明

计算机的硬件组织

冯·诺伊曼结构

冯·诺伊曼结构结构隐约指导了将存储设备与中央处理器分开的概念，因此依本结构设计出的计算机又称存储程序计算机。

存储程序式计算机

什么是操作系统

概念

操作系统是一个大型的程序系统，负责计算机的全部软、硬资源的分配、调度工作，控制和协调并发活动，实现信息的存取和保护；

提供用户接口，使用户获得良好的工作环境，操作系统使整个计算机系统实现了高效率、高度自动化、高利用率和高可靠性。

发展阶段

  1. 第一代计算机：手工操作阶段（无操作系统）

    特点：主要元件是电子管，运算速度较慢，由主机（运控部件、主存）、输入设备（如纸带输入机、卡片阅读机）、输出设备（如打印机）和控制台组成

    缺点：人机矛盾的严重性（操作时间与运行时间的比例）

  2. 第二代计算机：批处理（早期）、执行系统

  3. 第三代计算机：操作系统形成—批处理操作系统、分时操作系统

  4. 第四代计算机：个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统

手工操作阶段

第一代计算机，主要元件是电子管，运算速度较慢，由主机（运控部件、主存）、输入设备（如纸带输入机、卡片阅读机）、输出设备（如打印机）和控制台组成；

这种情况下，用户一个挨一个地轮流使用计算机，每个用户的使用过程大致如下：

缺点：人机矛盾的严重性（操作时间与运行时间的比例）

早期的批处理系统

2

多道程序设计

概念

把一个以上的作业存放在主存中，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理器时间和外部设备等其他资源。

根本目的：提高CPU的利用率，充分发挥并行性

多道程序运行的特征：

多道：即计算机主存中同时存放几道相互独立的程序； 宏观上并行：它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕； 微观上串行：轮流或分时地占有处理机，交替执行。

多道程序工作示例

3

操作系统的功能

用户和计算机之间的接口

计算机系统资源的管理者

操作系统的特性

并行性：指能处理多个并发活动的能力；

共享性：指多个计算任务对资源的共同享用（多个用户共享一个程序的同一副本，而不是分别向每个用户提供一个副本）；

虚拟性：虚拟设备的引入提高了设备资源的利用率

异步性：多个进程并发执行、走走停停

操作系统的类型

分时技术

分时系统

特征

主要目的

实时系统

“实时”，对发生的外部事件做出及时的响应并对其进行处理，在严格规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作。

包括实时过程控制和实时信息处理两种系统。

追求的目标：对外部请求在严格的时间范围内做出反应，具有高可靠性。

实时操作系统应具有：实时时钟管理、过载保护、高可靠性和安全性。

网络操作系统

除了应具有通常操作系统应具有的：处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理

还应具有以下两大功能：

  1. 提供高效、可靠的网络通信能力
  2. 提供多种网络服务功能 （通信接口中断处理程序、通信控制程序以及各层网络协议软件）

在网络操作系统中，用户知道多台计算机的存在，能登录到一台远程机器上并将文件从一台机器拷贝到另一台机器上，每台计算机都运行自己本地的操作系统，有自己的本地用户；

分布式操作系统

分布式操作系统在用户看来就像一个传统的单处理器系统，尽管它实际上由多个处理器组成。分布式系统中，用户不会感知到他们的程序在哪个处理器上运行，或者他们的文件存放在哪里，所有这些都是由操作系统自行高效地完成。

多处理操作系统

优点：

多处理器系统的两种模式：

  1. 对称多处理系统SMP：由两个或两个以上的处理器共享主存、I/O设备，这些处理器用总线或者其他内部连接模式相连接。
  2. 非对称多处理模式AM：主从模式，主处理器只有一个，配置操作系统，从处理器可有多个。

对称式多机系统

系统中有多个处理器，所有的处理器处于同等地位；

系统中所有处理器共享主存储器，没有自己私用的主存储器。

主从式多机系统

只有主处理器可运行操作系统、接收设备中断，进行I/O操作，执行内核代码；而从处理器仅可执行用户程序。

缺点：